CN216840150U - 弦支穹顶结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种弦支穹顶结构，包括若干支柱、若干径向梁、外封边梁、内封边梁、第一圈梁、第二圈梁、第一环索、第二环索、若干第一撑杆及若干第二撑杆，通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；同时通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界，整个结构受力合理且经济性好。在弦支穹顶结构的施工方法中，预应力张拉完成后再安装封边梁，避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩。

Description

弦支穹顶结构

技术领域

本实用新型涉及建筑结构设计技术领域，尤其涉及一种弦支穹顶结构。

背景技术

综合体育场，场心包括矩形足球场地、环形跑道和其他田径项目场地，看台平面多为椭圆形，建筑造型多以椭圆形形态为基础。专业足球场，场心为矩形足球场地，无田径项目场地，看台平面多为矩形，建筑造型多以矩形形态为基础。

大开口弦支穹顶结构适用于综合体育场的屋盖，其环索和圈梁平面均为椭圆形。当大开口弦支穹顶结构用于专业足球场的屋盖时，如果环索和圈梁平面近似矩形，会带来如下问题：在矩形角部，环索倒圆角布置，半径很小，环索节点处理困难；在矩形中部，环索半径很大，与圆形或椭圆形环索相比，需要更大的预应力和环索截面才能达到相同的竖向刚度；近似矩形的圈梁，与圆形或椭圆形圈梁相比，在径向梁预应力下，产生的不利弯矩大很多。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种弦支穹顶结构，一方面避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，另一方面避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种弦支穹顶结构包括：

支柱组件，包括若干支柱，所述支柱沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界；

径向组件，包括若干径向梁，所述径向梁的一端设置在所述支柱上，另一端朝所述矩形边界的中心延伸，所有的所述径向梁的另一端的连线构成一圆角矩形；

封边组件，包括外封边梁及内封边梁，所述外封边梁设置在所述支柱与所述径向梁的连接节点上，所述内封边梁位于所述外封边梁的内侧且与所述径向梁的另一端连接；

环向组件，包括形状为椭圆形的第一圈梁、第二圈梁、第一环索及第二环索，所述第一圈梁及所述第二圈梁位于所述外封边梁与所述内封边梁之间且设置在所述径向组件上，所述第一环索及所述第二环索分别设置在所述第一圈梁及所述第二圈梁的下方；

撑杆组件，包括第一撑杆构件及第二撑杆构件，所述第一撑杆构件包括若干沿所述第一圈梁的周向分布的第一撑杆，所述第一撑杆的顶部与所述第一圈梁连接，底部与所述第一环索连接，所述第二撑杆构件包括若干沿所述第二圈梁的周向分布的第二撑杆，所述第二撑杆的顶部与所述第二圈梁连接，底部与所述第二环索连接。

可选的，所述弦支穹顶结构还包括若干柱间支撑，所述柱间支撑包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述支柱之间的第一交叉支撑。

可选的，所述柱间支撑位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述柱间支撑，短边上各有两组所述柱间支撑。

可选的，所述径向梁与所述支柱的数量相同且一一对应。

可选的，所述弦支穹顶结构还包括若干梁间支撑，所述梁间支撑包括沿径向设置的两个交叉支撑组，每个所述交叉支撑组包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述径向梁之间的第二交叉支撑。

可选的，所述梁间支撑位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述梁间支撑，短边上各有两组所述梁间支撑。

可选的，所述第一撑杆位于所述第一圈梁与所述径向梁的连接节点的下方。

可选的，所述第二撑杆位于所述第二圈梁与所述径向梁的连接节点的下方。

可选的，所述弦支穹顶结构还包括若干第一斜索及若干第二斜索，所述第一斜索的两端分别连接所述支柱的顶部及所述第一撑杆与所述第一环索的连接节点，所述第二斜索的两端分别连接所述第一撑杆的顶部及所述第二撑杆与所述第二环索的连接节点。

在本实用新型提供的一种弦支穹顶结构中，至少具有以下有益效果之一：

1)通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；

2)通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界；

3)通过在预应力张拉完成后再安装外封边梁和内封边梁，避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩，节约用钢量。预应力张拉完成后，再安装外封边梁和内封边梁，形成整体结构。上层网壳结构和下层索系结构对支柱的作用相互抵消，形成一个自平衡的体系，与网壳结构相比，大大减小了对边缘支撑结构的作用。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。其中：

图1为本实用新型实施例提供的弦支穹顶结构的三维示意图；

图2为本实用新型实施例提供的弦支穹顶结构的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的第一斜索和第二斜索的连接示意图；

其中，附图标记为：

1-支柱；2-径向梁；3-外封边梁；4-内封边梁；5-第一圈梁；6-第二圈梁；7- 第一环索；8-第二环索；9-第一撑杆；10-第二撑杆；11-柱间支撑；12-梁间支撑； 13-第一斜索；14-第二斜索。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一组件。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

图1为本实用新型实施例提供的弦支穹顶结构的三维示意图；图2为本实用新型实施例提供的弦支穹顶结构的俯视图；图3为本实用新型实施例提供的第一斜索和第二斜索的连接示意图。

请参照图1，本实施例提供了一种弦支穹顶结构，包括：

支柱组件，包括若干支柱1，所述支柱1沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界；

径向组件，包括若干径向梁2，所述径向梁2的一端设置在所述支柱1上，另一端朝所述矩形边界的中心延伸，所有的所述径向梁2的另一端的连线构成一圆角矩形；

封边组件，包括外封边梁3及内封边梁4，所述外封边梁3设置在所述支柱 1与所述径向梁2的连接节点上，所述内封边梁4位于所述外封边梁3的内侧且与所述径向梁2的另一端连接；

环向组件，包括形状为椭圆形的第一圈梁5、第二圈梁6、第一环索7及第二环索8，所述第一圈梁5及所述第二圈梁6位于所述外封边梁3与所述内封边梁4之间且设置在所述径向组件上，所述第一环索7及所述第二环索8分别设置在所述第一圈梁5及所述第二圈梁6的下方；

撑杆组件，包括第一撑杆构件及第二撑杆构件，所述第一撑杆构件包括若干沿所述第一圈梁5的周向分布的第一撑杆9，所述第一撑杆9的顶部与所述第一圈梁5连接，底部与所述第一环索7连接，所述第二撑杆构件包括若干沿所述第二圈梁6的周向分布的第二撑杆10，所述第二撑杆10的顶部与所述第二圈梁 6连接，底部与所述第二环索8连接。

通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；同时通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界。

具体的，本实施例中，所述支柱组件是整体弦支穹顶结构的基础支撑，后续各种结构的安装均以所述支柱1为支撑点。所述支柱组件包括若干支柱1，所述支柱1沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界。本实施例中，所述支柱1沿圆角矩形的周向均匀分布，本申请对于所述支柱1的数量以及相邻两个支柱1 之间的间距不作任何限制，可根据实际需求进行调整。

较佳的，所述弦支穹顶结构还包括若干柱间支撑11，所述柱间支撑11包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述支柱1之间的第一交叉支撑。所述柱间支撑 11可以防止柱结构出问题时，产生连带效应使得整体柱结构解体，主要起是稳定柱整体结构的作用。本实施例中，所述柱间支撑11一共有六组，所述柱间支撑11位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述柱间支撑11，短边上各有两组所述柱间支撑11。应当理解的是，本申请对于所述柱间支撑11的数量以及分布不作限制，实际柱间支撑11可根据抗风和抗震需要自由布置。

请继续参照图1，所述径向梁2一端与所述支柱1的顶端连接，另一端朝所述矩形边界的中心延伸，本实施例中，所述径向梁2与所述支柱1的数量相同且一一对应，所述径向梁2向上倾斜，同时所述径向梁2的长度不等，连接在矩形边界四角的径向梁2的长度长于连接在矩形边界中部的径向梁2的长度，所有的所述径向梁2的另一端的连线构成与矩形边界相似的圆角矩形，并通过内封边梁4进行连接封闭。

较佳的，请结合图2，所述弦支穹顶结构还包括若干梁间支撑12，所述梁间支撑12包括沿径向设置的两个交叉支撑组，每个所述交叉支撑组包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述径向梁2之间的第二交叉支撑。所述梁间支撑12起到的作用与所述柱间支撑11相似，主要是为了稳定整个径向梁2结构。

本实施例中，所述梁间支撑12一共有六组，所述梁间支撑12位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述梁间支撑12，短边上各有两组所述梁间支撑12，且所述梁间支撑12的位置与所述柱间支撑11的位置相对应。同理，本申请对于所述梁间支撑12的数量以及分布不作限制，实际梁间支撑12可根据抗风和抗震需要自由布置。

本实施例中，所述第一圈梁5及所述第二圈梁6安装在所述径向梁2上，所述第一圈梁5及所述第二圈梁6均呈椭圆形布置，而椭圆形布置的圈梁在预应力张拉时，各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，而不利弯矩较小，结构会更加稳固，所述第一圈梁5和所述第二圈梁6的位置不同，所述第一圈梁5位于所述第二圈梁6的外侧，也可以理解为所述第一圈梁5相对所述第二圈梁6更靠近所述支柱1，故所以第一圈梁5的规格要大于所述第二圈梁6的规格。

本实施例中，所述第一环索7及所述第二环索8分别设置在所述第一圈梁5 及所述第二圈梁6的下方，所述第一环索7及所述第二环索8均呈椭圆形布置，可以避免矩形环索带来的一系列问题，矩形环索在角部会进行倒圆角处理，导致角部环索半径较小，斜索在角部节点很难与环索相连接，而在矩形环索的中部，环索半径很大，需要加大预应力和环索截面来达到预期的效果，这就对撑杆和斜索有了更高的要求，同时对上层结构也会产生压力，而使用椭圆形环索，可以避免这些问题，椭圆环索不存在角部问题，环索各处的半径均匀，可以用较小的预应力来达到所需要的竖向刚度。

请继续参照图1，所述撑杆组件包括第一撑杆9构件及第二撑杆10构件，所述第一撑杆9构件包括若干沿所述第一圈梁5的周向分布的第一撑杆9，所述第一撑杆9的顶部与所述第一圈梁5连接，底部与所述第一环索7连接，所述第二撑杆10构件包括若干沿所述第二圈梁6的周向分布的第二撑杆10，所述第二撑杆10的顶部与所述第二圈梁6连接，底部与所述第二环索8连接。撑杆在竖直方向上竖向刚度较大，预应力张拉时，撑杆主要受到竖直方向的力，张拉完成后，会产生竖直方向的应力，对上层梁结构形成支撑，同时为整体结构提供较大的竖向刚度。

较佳的，所述第一撑杆9位于所述第一圈梁5与所述径向梁2的连接节点的下方。

较佳的，所述第二撑杆10位于所述第二圈梁6与所述径向梁2的连接节点的下方。

请继续参照图1，并结合图3，所述弦支穹顶结构还包括若干第一斜索13及若干第二斜索14，所述第一斜索13的两端分别连接所述支柱1的顶部及所述第一撑杆9与所述第一环索7的连接节点，所述第二斜索14的两端分别连接所述第一撑杆9的顶部及所述第二撑杆10与所述第二环索8的连接节点。预应力张拉时对斜索进行拉伸，所述斜索的拉伸程度根据需要进行设计。

本实施例中，所述封边组件是用来封闭整体结构的，所述外封边梁3安装在径向梁2和所述支柱1的连接节点处，所述内封边梁4安装在径向梁2的另一端即远离所述立柱的一端，所述外封边梁3、所述内封边梁4、所述径向梁2、所述第一圈梁5及所述第二圈梁6构成了上层网壳结构，所述上层网壳结构受力能力强，同时具有一定的刚度，方便施工和节点的处理。

较佳的，所述封边组件需在对已施工结构进行预应力张拉后再安装。在对弦支穹顶结构进行预应力张拉时，会对边界施加压力，如果在所述封边组件安装好之后再进行预应力张拉，张拉过程中，封边梁会受到挤压，产生较大的不利弯矩，导致封边梁变形。故所述封边组件需在对已施工结构进行预应力张拉后再安装，在预应力张拉完成后，上层网壳结构和下层索系结构对支柱的作用会相互抵消，形成一个自平衡的体系，利用网壳本身的刚度和支撑索系施加预应力后提供的竖向刚度，在外部荷载下形成水平作用自平衡，大大减小了对边缘支撑结构的作用，此时安装封边组件便不会产生较大的不利弯矩，节约用钢量。

本实施例中，所述外封边梁3与所述内封边梁4的形状均为圆角矩形且同心设置，所述外封边梁3的对角线的长度比所述内封边梁4的对角线的长度长，所述径向梁2分布在所述外封边梁3与所述内封边梁4之间。

基于此，结合图1-图3，本实用新型还提供了一种如上所述的弦支穹顶结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、安装好支柱1，使所述支柱组件的所有支柱1沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界；

S2、安装径向组件，使所述径向组件的径向梁2的一端设置在所述支柱1 上，另一端朝所述矩形边界的中心延伸；

S3、在所述径向组件上安装好环向组件以及在所述环向组件的下方安装好撑杆组件；

S4、对已施工结构进行预应力张拉；

S5、预应力张拉完成后，在所述支柱1上安装好封边组件的外封边梁3，然后在所述径向梁2的另一端安装好所述封边组件的内封边梁4。

本实施例中，在执行完步骤S1之后，在执行步骤S2之前，所述施工方法还包括：

在预设位置处的相邻两根所述支柱1之间安装好柱间支撑11，以稳定柱整体结构。

在执行完步骤S2之后，在执行步骤S3之前，所述施工方法还包括：

在预设位置处的相邻两根所述径向梁2之间安装好梁间支撑12，以稳定整个径向梁2结构。

在执行步骤S3时，先在所述径向梁2上安装好第一圈梁5及第二圈梁6，然后,安装好第一斜索13、第二斜索14、第一环索7、第二环索8、第一撑杆9 及第二撑杆10，所述第一斜索13的两端分别连接所述支柱1的顶部及所述第一撑杆9与所述第一环索7的连接节点，所述第二斜索14的两端分别连接所述第一撑杆9的顶部及所述第二撑杆10与所述第二环索8的连接节点。

然后对已施工结构进行预应力张拉，所述第一圈梁5在预应力下受压，所述第二圈梁6在预应力下受拉，所述斜索的拉伸程度根据需要进行设计，预应力张拉完成后，在所述支柱1上安装好封边组件的外封边梁3，然后在所述径向梁 2的另一端安装好所述封边组件的内封边梁4。

综上，本实用新型实施例提供了一种弦支穹顶结构，通过将圈梁设计为椭圆形，在预应力张拉时，圈梁各处受力较为均匀，产生的不利弯矩较小，使得整个结构更加稳固；同时通过将环索设计为椭圆形，避免了矩形角部处环索节点处理困难的问题，同时还避免了矩形中部环索半径很大、需要加大预应力和环索截面的问题，使所述弦支穹顶结构更加适合专业足球场的矩形边界，整个结构受力合理且经济性好。基于此，本实用新型实施例还提供了所述弦支穹顶结构的施工方法，通过在预应力张拉完成后再安装外封边梁和内封边梁，避免了预应力张拉时封边梁承受压力并产生较大的不利弯矩。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种弦支穹顶结构，其特征在于，包括：

支柱组件，包括若干支柱，所述支柱沿一圆角矩形的周向分布并形成矩形边界；

径向组件，包括若干径向梁，所述径向梁的一端设置在所述支柱上，另一端朝所述矩形边界的中心延伸，所有的所述径向梁的另一端的连线构成一圆角矩形；

封边组件，包括外封边梁及内封边梁，所述外封边梁设置在所述支柱与所述径向梁的连接节点上，所述内封边梁位于所述外封边梁的内侧且与所述径向梁的另一端连接；

环向组件，包括形状为椭圆形的第一圈梁、第二圈梁、第一环索及第二环索，所述第一圈梁及所述第二圈梁位于所述外封边梁与所述内封边梁之间且设置在所述径向组件上，所述第一环索及所述第二环索分别设置在所述第一圈梁及所述第二圈梁的下方；

撑杆组件，包括第一撑杆构件及第二撑杆构件，所述第一撑杆构件包括若干沿所述第一圈梁的周向分布的第一撑杆，所述第一撑杆的顶部与所述第一圈梁连接，底部与所述第一环索连接，所述第二撑杆构件包括若干沿所述第二圈梁的周向分布的第二撑杆，所述第二撑杆的顶部与所述第二圈梁连接，底部与所述第二环索连接。

2.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述弦支穹顶结构还包括若干柱间支撑，所述柱间支撑包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述支柱之间的第一交叉支撑。

3.如权利要求2所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述柱间支撑位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述柱间支撑，短边上各有两组所述柱间支撑。

4.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述径向梁与所述支柱的数量相同且一一对应。

5.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述弦支穹顶结构还包括若干梁间支撑，所述梁间支撑包括沿径向设置的两个交叉支撑组，每个所述交叉支撑组包括两根呈交叉状固定在相邻两根所述径向梁之间的第二交叉支撑。

6.如权利要求5所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述梁间支撑位于矩形边界的中部，且所述矩形边界的两条长边上各有一组所述梁间支撑，短边上各有两组所述梁间支撑。

7.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述第一撑杆位于所述第一圈梁与所述径向梁的连接节点的下方。

8.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述第二撑杆位于所述第二圈梁与所述径向梁的连接节点的下方。

9.如权利要求1所述的弦支穹顶结构，其特征在于，所述弦支穹顶结构还包括若干第一斜索及若干第二斜索，所述第一斜索的两端分别连接所述支柱的顶部及所述第一撑杆与所述第一环索的连接节点，所述第二斜索的两端分别连接所述第一撑杆的顶部及所述第二撑杆与所述第二环索的连接节点。

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